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El imprinting como fenómeno epigenético                                                                          Impronta ...
La metilación del ADN causa el inprinting o impronta                                                                      ...
Los priones como fenómeno epigenético¿relacionado con el silenciamiento                        El caso de psi en levaduras...
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Ribozimas y epigenética

  1. 1. Los ARNs de simple cadena pueden plegarse formando estructuras complejas Estructuras secundarias más frecuentes Ribozimas y Epigenética Genética I 1er Cuat 2010Los ARNs de simple cadena pueden plegarse formando estructuras complejas La especificidad se puede modificar a gusto….. Robinson R (2004) RNAi Therapeutics: How Likely, How Soon? PLoS Biol 2(1): e28
  2. 2. La parte funcional del ribosoma ES  FUNDAMENTALMENTE UNA RIBOZIMA La estructura tridimensional de la subunidad mayor Ribozimas (50S) del ribosoma bacteriano en 2000 mostró que la  formación de las uniones peptídicas entre aminoácidos  en la cadena polipeptídica naciente es catalizada por el  Molécula de ARN que cataliza una reacción química.  ARN de 23S cumpliendo las 31 proteínas la función de  Muchas de las ribozimas naturales catalizan su propio  mantener la estructura terciaria (espacial) necesaria.  clivaje. Han sido definidas como falsas enzimas dado que las  mismas no permanecen inalteradas o recuperan su  estructura molecular después de la reacción (Hay un sólo  ciclo de reacción).  Estructura de la  subunidad mayor de  Las versiones sintéticas son más parecidas a las enzimas  rRNAs bacteriana verdaderas y en algunos casos, como la Ribonucleasa P, la  determinada por crystalografía de  actividad catalítica del ARN puede observarse in vitro, en  rayos X ausencia de proteína, promoviendo varios ciclos de  reacción También el ADN puede tener este tipo de actividad y se las  rRNAs (5S and 23S) en gris proteinas (27 de las 31) in oro.  llama deoxiribozimas RNase P Viroides: organismos “sin genes” Ubicua: bacterias, eubacterias, mamíferos Función: procesa 5´ del precursor del t-RNA Potato Spindle Tuber Viroid En Euca, transcripcion polIII dependiente Rnasa P bacteriana: puede catalizar varios ciclos de clivaje independiente de la porción proteica Son patógenos de plantas, pero el HDV RNAsa P euca: también puede actuar libre de que infecta humanos es similar proteína, pero con una eficiencia varios órdenes inferior a la bacteriana tRNA sustrato
  3. 3. An alcohol dehydrogenase ribozymeReplicación por RNApolII u otras  (NAD+)‐dependent redox‐active RNAsRNApol DNA dependientesAutoclivaje por ribozima con estructura de martillo, “Hammerheadribozyme” Tsukiji S, Pattnaik SB, Suga H. An alcohol dehydrogenase ribozyme Nat Struct Biol 2003 10:713 ¿Qué significa epigenética? Epi: por sobre Por sobre la genética mendeliana Son los cambios que se heredan durante la mitosis o meiosis y que no pueden ser explicados por cambios en la secuencia de ADN Russo, Martienssen, and Riggs 1996 La suma de todos los mecanismos necesarios para que se lleve a cabo el programa de desarrollo Robin Holliday 2006 El genotipo no necesariamente predice el fenotipo
  4. 4. ¿Por qué es importante estudiar epigenética? Parece ser la causa de un número importante de enfermedadeshumanasLas excepciones a la genética mendeliana revelan nuevosmecanismos que pasaron inadvertidosEs una nueva visión de la regulación génica que permite la influenciadel ambiente Mecanismos moleculares que producen cambios epigenético Metilación del DNA Interacciones entre RNA de cromosomas Modificación de interferencia la cromatina Imprinting Gen X Gen X Secuencia WT Secuencia WT Expresión correcta Expresión anómala
  5. 5. La metilación se mantiene durante la replicación delMetilación del ADN ADN• En mamíferos, el ~1% del DNA está metilado en el carbono 5 del anillopirimidínico de la citosina (5-metilcitosina).• Es más frecuente en los dinucleótidos 5’-CpG-3’(~70% de todos losCpGs).• En general, los CpGs están subrepresentadosIslas CpG• Regiones de 500-1 kb de contenido G+C mayor al del promedio delgenoma.• Sufren poca metilación.• El ~ 60% de los promotores de mamíferos (RNA Pol II ) se encuentran enlas islas CpG. Las histonas modificadas controlan la expresión génica Los activadores reclutan acetilasas (HAC) y los represores, deacetilasas (HDAC)
  6. 6. La pérdida de la fosforilación de la Ser 10 de la H3 causa La metilación de las histonas y del DNA están conectados condensación de los cromosomas en Drosophila Cepas de Neurospora deficientes en la metilación de la Lys9 de la H3, tienen hypometilado el DNA El gen de Arabidopsis KRYPTONYTE, que codifica para una metilasa la Lys9 de la H3 pierde las metilaciones en la C de los trinucleótidos CpNpG La heterocromatinización puede propagarse Su(VAR) y E(VAR) Supresores y Enhancers de la “variegation”Position effect variegation Screening genético Permitió la caracterización de los genes del PcG (Polycomb Group) Algunos codifican para metilasas de histonas Su efecto es epigenético porque la represión de la transcripción es estable aún después de desaparecida la señal que la originó
  7. 7. Epigenética: Silenciamiento o interferencia (iRNA)La proteina HP es importante para el mantenimiento de la Un poco de historia reciente heterocromatina La proteina HP se encuentra en organismos distantes como plantas y animales
  8. 8. Gene silencing in plants. LB p 35S GFP intron PFG RB LB p 35S GFP RBTranscription Transcription Poly A GFP intron Poly A PFG CAP GFP CAP gene silencing Translation DICER mRNA degradation GFP CAP PFG RISC Poly A GFP Poly A CAP ER DIC Poly A CAP No Fluorescence C RIS Fluorescence Heterocromatinización mediada por siRNA Generación de microRNAs siRNAs en plantas
  9. 9. RNAi es una poderosa herramienta RNAi es una poderosa herramienta En C. elegans es muy fácil de usar Pronúcleos no migran, por inactivación de un gen involucrado en la división celular Genoma vs Epigenoma Fenómenos de compensación de dosis Son fenómenos epigenéticos Inactivación del X en mamíferos En aves ZW son hembras y ZZ son machos
  10. 10. El estudio de translocaciones cromosómicas permitieron identificar al Locus Xic Regla: n-1 Xic=X inactivation Center Codifica p/ Xist (RNA) Xist se expresa en el cromosoma silenciado
  11. 11. El imprinting como fenómeno epigenético Impronta Genética o “imprinting” El proceso empieza en las gametas el epi‐“alelo” destinado a  inactivarse (según el gen es paterno o materno) se “marca” por  metilación del promotor lo que imposibilita la unión de factores de  transcripciónFigure 7-82 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
  12. 12. La metilación del ADN causa el inprinting o impronta ¿Es importante el imprinting?  La herencia intencional (en ratones) o accidental (en  humanos) de 2 copias de un cromosoma en particular de  uno de los padres y ninguno del otro es usualmente fatal  (aunque haya una copia completa del genoma) o produce  serios defectos en el desarrollo. Por ejemplo, la falla en la herencia del cromosoma 15, de  origen paterno, produce el síndrome de Prader‐Willi. Si es  de origen materno causa el síndrome de Angelman.  Fallas de imprinting en células somáticas puede derivar  en cáncer como el tumor de Wilms en el cual ambas  copias del gen Igf2 se expresan. Casos en seres humanos Impronta y Antioncogenes Síndrome de Síndrome de Cánceres infantiles... Prader-Willi Angelman -Risa excesiva-Retardo mental -Microcefalia Cromosoma 11-Obesidad extrema -Retraso intelectual y-Baja estatura motor-Manos y pies pequeños pequeñ -Dificultad del lenguaje X Gen Rd Supresor deAmbas copias Ambas copias X tumordel fueron del fueronheredadas de la Cromosoma heredadas delmadre Rabdo-mio-sarcoma-embrional 15 padre
  13. 13. Los priones como fenómeno epigenético¿relacionado con el silenciamiento  El caso de psi en levadurastranscripcional?Si bien la señal de impronta epigenética es la  metilación, el mantenimiento de la impronta requiere  la producción de RNA (lo que lo convierte en un caso  de silenciamiento génico) Priones en mamíferos

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